用于减少杂散红外光的光学元件的制作方法

用于减少杂散红外光的光学元件
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年6月7日提交的美国申请第16/434,175号的优先权，该申请的内容以其整体通过引用并入本文以用于全部目的。
3.公开领域
4.本公开的方面总体上涉及头戴式显示器，并且特别是但不排他地涉及用于头戴式显示器的光学元件。
5.背景
6.头戴式显示器(hmd)是一般戴在用户的头上的显示设备。hmd可以用在各种应用例如游戏、航空、工程、医学、娱乐等中以向用户提供人工现实内容。人工现实是一种在呈现给用户之前已经以某种方式被调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(vr)、增强现实(ar)、混合现实(mixed reality，mr)、混杂现实(hybrid reality)、或它们的某种组合和/或衍生物。一些hmd，例如提供ar或mr内容的hmd，执行眼睛跟踪，这可能会增强用户的观看体验。在一些情况下，可以通过照射用户的眼睛来帮助眼睛跟踪。因此，一些传统的hmd可以结合眼睛跟踪系统，该眼睛跟踪系统包括照明源以及用于跟踪用户的眼睛的移动的相机。然而在一些情况下，被包括在hmd内的光学器件可能妨碍或以其他方式干扰眼睛跟踪系统。
7.发明概述
8.根据本发明的第一方面，提供了一种光学元件，包括：照明层，其被配置成向光学元件的向眼侧(eyeward side)发射红外光；光学组合器，其设置在照明层和光学元件的背侧之间，其中该光学组合器被配置成接收由眼睛反射的反射红外光，并将反射红外光导向红外相机；光学透明层，其设置在照明层和光学元件的向眼侧之间，以使红外光通过；限制层，其设置在光学透明层的表面上，用于引起在光学透明层内传播的受限红外光(confined infrared light)的波导传输(waveguiding)；以及红外提取器，其设置在光学透明层的侧边上，以吸收或抑制受限红外光。
9.在一些实施例中，限制层的折射率可以低于光学透明层的折射率。
10.在一些实施例中，限制层可以包括硬涂层材料。
11.在一些实施例中，限制层可以在光学元件的向眼侧上提供最外表面。
12.在一些实施例中，限制层可以被配置成引起受限红外光朝向红外提取器的波导传输。
13.在一些实施例中，光学元件还可以包括设置在照明层和光学组合器之间的中间限制层。
14.在一些实施例中，红外提取器还可以设置在照明层的侧边和中间限制层的侧边上。
15.在一些实施例中，光学透明层的表面可以具有用于将可见光聚焦到眼睛的曲率，并且其中限制层符合该曲率。
16.在一些实施例中，照明层还可以包括：透明基板；以及多个场内垂直腔表面发射激光(vcsel)二极管，该多个场内vcsel二极管设置在透明基板上用于发射红外光。
17.在一些实施例中，光学透明层可以设置在透明基板上，以封装多个场内vcsel二极管。
18.在一些实施例中，红外提取器还可以设置在光学透明层的表面的一部分上。
19.在一些实施例中，红外提取器可以包括用于吸收受限红外光的红外吸收材料。
20.在一些实施例中，红外提取器可以被配置成抑制在光学透明层内传播的受限红外光的全内反射(tir)。
21.根据本发明的第二方面，提供了一种用于头戴式显示器(hmd)的光学元件，该光学元件包括：照明层，其被配置成向光学元件的向眼侧发射红外光；光学组合器，其设置在照明层和光学元件的背侧之间，其中该光学组合器被配置成接收由hmd的用户的眼睛反射的反射红外光，并将反射红外光导向hmd的红外相机；光学透明层，其设置在照明层和光学元件的向眼侧之间，以使红外光通过；以及限制层，其设置在光学透明层的表面上，用于引起在光学透明层内传播的受限红外光的波导传输。
22.在一些实施例中，限制层的折射率可以低于光学透明层的折射率。
23.在一些实施例中，光学透明层的表面可以具有用于将可见光聚焦到用户的眼睛的曲率，并且其中限制层符合该曲率。
24.在一些实施例中，照明层可以包括：透明基板；以及设置在透明基板上用于发射红外光的多个场内垂直腔表面发射激光(vcsel)二极管，其中光学透明层设置在透明基板上以封装该多个场内vcsel二极管。
25.根据本发明的第三方面，提供了一种用于头戴式显示器(hmd)的光学元件，该光学元件包括：照明层，其被配置成向光学元件的向眼侧发射红外光；光学组合器，其设置在照明层和光学元件的背侧之间，其中该光学组合器被配置成接收由hmd的用户的眼睛反射的反射红外光，并将反射红外光导向hmd的红外相机；光学透明层，其设置在照明层和光学元件的向眼侧之间，以使红外光通过；以及设置在光学透明层的侧边上的红外提取器，用于吸收或抑制在光学透明层内传播的受限红外光。
26.在一些实施例中，红外提取器可以包括用于吸收受限红外光的红外吸收材料。
27.在一些实施例中，红外提取器可以被配置成抑制在光学透明层内传播的受限红外光的全内反射(tir)。
28.应当理解，本文公开的适于结合到第一方面、第二方面或第三方面的特征旨在可推广到本公开的任何和所有方面和实施例。
29.附图简述
30.参考以下附图描述了本公开的非限制性和非穷尽性方面，其中除非另有说明，否则在各个视图中相似的参考数字指相似的部件。
31.图1示出了根据本公开各方面的头戴式显示器(hmd)。
32.图2示出了通过hmd的光学元件传播的受限红外光。
33.图3示出了根据本公开各方面的包括限制层的光学元件的侧视图。
34.图4a和图4b示出了根据本公开各方面的包括红外提取器的光学元件的侧视图。
35.图5示出了根据本公开各方面的包括限制层和红外提取器的光学元件的侧视图。
36.图6示出了根据本公开各方面的光学元件的侧视图，该光学元件包括具有低折射率涂层和硬涂层材料的限制层。
37.图7示出了根据本公开各方面的包括限制层和中间限制层的光学元件的侧视图。
38.图8示出了根据本公开各方面的光学元件的侧视图，该光学元件包括符合相应光学透明层的曲率的限制层。
39.图9a示出了根据本公开各方面的光学元件的侧视图，该光学元件包括光学透明层，该光学透明层被设置成封装照明层的垂直腔表面发射激光(vcsel)二极管。
40.图9b示出了根据本公开各方面的光学元件的侧视图，该光学元件包括光学透明层，该光学透明层具有曲率并且被设置成封装照明层的vcsel二极管。
41.图10a示出了根据本公开各方面的光学元件的侧视图，该光学元件包括限制层、红外提取器和中间限制层。
42.图10b示出了根据本公开各方面的光学元件的侧视图，该光学元件包括符合相应光学透明层的曲率的限制层，以及红外提取器和中间限制层。
43.详细描述
44.在以下描述和相关附图中公开了各种方面和实施例，以示出与用于头戴式显示器(hdm)的光学元件相关的具体示例。相关领域的技术人员在阅读本公开后，可替换的方面和实施例将是显而易见的，并且可以在不脱离权利要求的范围的情况下构建和实践这些可替换的方面和实施例。另外，众所周知的元素将不被详细描述或者可以被省略，以便不模糊本文公开的方面和实施例的相关细节。
45.如上面所提到的，hmd可以包括眼睛跟踪系统，该眼睛跟踪系统包括用于照射用户眼睛的照明源和用于捕获眼睛的图像的相机。传统设计可以将照明光源放置在用户的视场的边缘(例如，框架的边框)上，使得照明光源不会将明显的遮挡物引入用户的视场中。相比之下，本公开各方面提供了用于hmd的光学元件，该光学元件包括用光(例如，红外光)照射眼睛的多个场内光源(例如，微led和/或垂直腔表面发射激光(vcsel)二极管)。尽管光源可以在hmd的用户的视场中，但是光源可以如此小(例如，300微米或更小)，使得光源本身是不引人注意的或对用户造成不明显的遮挡。
46.图1示出了根据本公开各方面的示例hmd 100。hmd 100的图示示例被示为包括框架102、眼镜腿104a和104b以及光学元件106a和106b。红外相机108a和108b被示为分别耦合到眼镜腿104a和104b。图1还示出了光学元件106a的示例的分解图。光学元件106a被示为包括光学透明层110a、照明层112a和显示层114a。照明层112a被示为包括多个场内光源116a，以及显示层114a被示为包括光学组合器118a。
47.如图1所示，框架102耦合到眼镜腿104a和104b用于将hmd 100固定到用户的头部。示例hmd 100还可以包括结合到框架102和/或眼镜腿104a和104b中的支撑硬件(图1中未明确示出的支撑硬件)。hmd 100的硬件可以包括下列项中的任一项：处理逻辑、用于发送和接收数据的有线和/或无线数据接口、图形处理器以及用于存储数据和计算机可执行指令的一个或更多个存储器。在一个示例中，hmd 100可以被配置成接收有线电力和/或可以被配置成由一个或更多个电池供电。另外，hmd 100可以被配置成接收包括视频数据的有线和/或无线数据。
48.图1示出了被配置成安装到框架102的光学元件106a和106b。在一些示例中，光学元件106a和106b对用户来说可以看起来是透明的以促进增强现实或混合现实，使得用户可以观看来自环境的场景光(例如，可见光)，同时还可以接收通过显示层114a被引导向他们
的眼睛的显示光。在另外的示例中，光学元件106a和106b中的一些或全部可以结合到虚拟现实头戴装置(headset)中，其中光学元件106a和106b的透明性质允许用户观看被结合在虚拟现实头戴装置中的电子显示器(例如，液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(oled)显示器、微led显示器等)。
49.如图1所示，照明层112a包括多个场内光源116a。如下面将描述的，每个场内光源116a可以设置在透明基板上，并且可以被配置成朝着光学元件106a的向眼侧109发射光。在一些方面，场内光源116a被配置成发射有限光谱的光，例如红外光谱(例如700nm
–
1000nm)和/或近红外光谱(例如750nm
–
1.4μm)。每个场内光源116a可以是微发光二极管(微led)、边缘发射led或垂直腔表面发射激光(vcsel)二极管。
50.如上面所提到的，传统的眼睛跟踪解决方案可以提供围绕透镜的边缘/周边设置的光源。然而，将光源放置在眼睛的正前方对于“闪烁(glint)”反射的校准或计算可能是有利的，“闪烁”反射可以由相机例如相机108a成像，相机108a被定位成对hmd 100的佩戴者的眼睛成像。此外，使每个场内光源116a单独地(或成组地)选择性地照射的能力可以帮助节省电力并提供更快和更精确的眼睛跟踪测量。
51.虽然场内光源116a可能将微小遮挡物引入到光学元件106a中，但是场内光源116a以及它们的相应布线(routing)可以如此小，以至于对hmd100的佩戴者是不引起注意的或不明显的。另外，来自场内光源116a的任何遮挡物将被放置得离眼睛如此近，以至于是无法被人眼聚焦的且因此有助于使场内光源116a不引起注意或不明显。在一些实施例中，每个场内光源116a具有小于约200
×
200微米的覆盖区(或尺寸)。
52.如上面所提到的，照明层112a的场内光源116a可以被配置成朝着光学元件106a的向眼侧109发射红外光以照射用户的眼睛。光学元件106a被示为包括光学组合器118a(被包括在显示层114a中)，其中光学组合器118a设置在照明层112a和光学元件106a的背侧111之间。在一些方面，光学组合器118a被配置成接收由用户的眼睛反射的反射红外光，并将该反射红外光导向相机108a。在一些示例中，相机108a是被配置成基于接收到的反射红外光来对用户的眼睛成像的红外相机。在一些方面，光学组合器118a对可见光(例如，在光学元件106a的背侧111入射的光)是能透射的。在一些示例中，光学组合器118a可以被配置作为体全息元件(volume hologram)和/或可以包括一个或更多个布拉格光栅(bragg grating)，用于将反射红外光导向相机108a。
53.根据hmd 100的设计，显示层114a可以包括一个或更多个其他光学元件。例如，显示层114a可以包括波导(在图1中未示出)以将由电子显示器生成的显示光引导到用户的眼睛。在一些实现中，电子显示器的至少一部分被包括在hmd 100的框架102中。电子显示器可以包括用于生成显示光的lcd、有机发光二极管(oled)显示器、微led显示器、微型投影仪(pico-projector)或硅上液晶(lcos)显示器。
54.光学透明层110a被示为设置在照明层112a和光学元件106a的向眼侧109之间。光学透明层110a可以接收由照明层发射的红外光，并使红外光通过以照射用户的眼睛。如上面所提到的，光学透明层110a也可以对可见光(例如，从环境接收的场景光)或者从显示层114a接收的显示光是透明的。在一些示例中，光学透明层110a具有用于将光(例如，显示光和/或场景光)聚焦到用户的眼睛的曲率。因此在一些示例中，光学透明层110a可以被称为透镜。在一些方面，光学透明层110a具有对应于用户的规格的厚度和/或曲率。换句话说，光
学透明层110a可以是处方透镜。然而在其他示例中，光学透明层110a可以是非处方透镜(也被称为平光镜片(plano lens))。
55.在一些示例中，光学透明层110a在光学元件106a的向眼侧109上提供最外表面113。然而，最外表面113可能包括一个或更多个瑕疵，例如由于制造工艺造成的表面缺陷和/或粗糙区域。此外，由于用户的操作，瑕疵可能出现在表面113上，例如灰尘、油、指纹或其他污迹。如下文将进一步描述的，表面113上的瑕疵可能导致通过光学透明层110a传播的红外光杂散(stray)和/或散射(scatter)，这可能导致眼睛跟踪系统(例如，相机108a)的信噪比(snr)降低。在一些示例中，每个场内光源116a具有宽的发射锥(例如，大于40度)，使得发射的红外光可以被限制(例如，作为全内反射的结果)在光学透明层110a内。在一些情况下，这种受限的红外光可以在光学透明层110a内波导传输，并且可以在表面113上出现的瑕疵处逃逸。
56.举例来说，图2示出了通过hmd的光学元件200传播的受限红外光202。如上面所提到的，每个场内光源116a被配置成朝着光学元件200的向眼侧109发射红外光以照射用户的眼睛206。例如，由场内光源116a发射的红外光204被示出为沿着预期的光路。即，红外光204被示为传播通过光学透明层110a，从眼睛206反射，然后传播回来通过光学透明层110a、通过照明层112a到达光学组合器118a，光学组合器118a然后朝着相机108a引导反射红外光204用于成像。
57.然而，图2示出了光学透明层110a的表面113包括瑕疵208。瑕疵208的图示示例可以表示存在于表面113上的表面缺陷、表面粗糙、灰尘、油、指纹、污迹等。因此，由场内光源116a发射的一些红外光当入射到瑕疵208上时可能会杂散和/或散射。例如，由场内光源116a发射的一些红外光，例如以宽角度发射的红外光，可以被限制在光学元件内，从而有效地在光学透明层110a内波导传输。因此，如图2所示，受限红外光202被示为在光学透明层110a内传播，直到受限红外光202入射到瑕疵208上，在该点，受限红外光202逃逸出光学透明层110a和光学元件200。即使没有瑕疵208，受限红外光202也可以通过简单地克服tir的临界角而逃逸出透明层110a。在任一情况下，该杂散红外光202可能入射到相机108a上，从非眼睛表面(例如，鼻子、颊部等)反射，甚至可以通过光学元件反射回光学组合器118a。在所有这些情况下，杂散红外光202可能降低眼睛跟踪系统的snr，这可能降低系统的精度和/或增加系统的功率需求。
58.因此，本公开的各方面提供了用于减少可能从光学元件200逃逸的受限红外光202的出现的一种或更多种机制。如下文将进一步描述的，在一个方面，限制层可以设置在表面113上，以引起在光学透明层110a内传播的受限红外光202的波导传输。在一些示例中，限制层可以包括施加到表面113的低折射率涂层。在另一方面，红外提取器可以设置在光学透明层110a的侧边209上。在一些示例中，红外提取器可以包括用于吸收受限红外光202的红外吸收材料。在其他示例中，红外提取器可以被配置成抑制受限红外光202的全内反射(tir)。当一起使用时，限制层可以引起受限红外光202朝向光学透明层110a的侧边209上的红外提取器的波导传输，然后红外提取器在侧边209上吸收和/或抑制受限红外光202。
59.图3示出了根据本公开各方面的包括限制层302的光学元件300的侧视图。光学元件300是图1的光学元件106a和/或106b的一种可能实现。在图3的示例中，照明层112a被示为包括透明基板304、多个场内光源116a、以及封装层306。在一些示例中，场内光源116a是
连同一个或更多个透明布线(例如，透明导电氧化物)一起在透明基板304(例如，玻璃、蓝宝石、塑料、柔性膜等)上形成的vcsel二极管。封装层306设置在透明基板304上，以保护和/或提供对场内光源116a的结构支撑。
60.在一些方面，限制层302直接设置在光学透明层110a的表面113上，以在光学元件300的向眼侧(例如，向眼侧109)上提供新的最外表面303。在一些实现中，限制层302是施加到光学透明层110a的表面113的低折射率涂层。因此，在一些示例中，限制层302的折射率可以低于光学透明层110a的折射率。例如，光学透明层110a可以具有1.5的折射率，而限制层302可以具有1.3至1.4范围内的折射率。
61.在一些示例中，限制层302是低折射率硬涂层材料，其被施加到表面113以提供低折射率涂层，该低折射率涂层保护表面113免受划痕，并且可以增加光学透明层110a的耐久性和/或延长光学透明层110a的寿命。低折射率硬涂层材料可以通过热固化或紫外(uv)固化工艺施加到表面113。因此，在一些示例中，限制层302的硬度大于光学透明层110a的硬度(例如，以铅笔硬度、莫氏硬度(mohs hardness)和/或马腾斯硬度(martens hardness)测量)。
62.在一些示例中，限制层302可以相对较薄(例如，5-10微米)。虽然限制层302可以很薄，但是在一些实现中，它可以具有足以反射由场内光源116a发射的所有不同模式的红外光的厚度。
63.在操作中，限制层302被配置成通过促进受限红外光在限制层302和光学透明层110a之间的边界(例如，表面113)处的反射来引起受限红外光(例如，图2的受限红外光202)的波导传输。在一些示例中，限制层302引起受限红外光朝向光学透明层110a的侧边209的波导传输，使得受限红外光在侧边209处而不是在表面113处逃逸出光学元件300。在一些情况下，在侧边209处逃逸的受限红外光减少了可能入射到眼睛跟踪系统的相机(例如，相机108a和/或相机108b)上的杂散红外光的出现。
64.图4a和图4b分别示出了根据本公开各方面的光学元件400a和400b的侧视图，每个光学元件包括红外提取器402。光学元件400a和400b是图1的光学元件106a和/或106b的可能实现。
65.关于图4a，红外提取器402可以设置在光学透明层110a的侧边209上。如图4a所示，在一些示例中，红外提取器402也可以可选地设置在照明层112a的侧边上。红外提取器402可以被配置成吸收受限红外光(例如，图2的受限红外光202)和/或抑制受限红外光的全内反射(tir)。
66.因此，在一些方面，红外提取器402可以包括用于吸收受限红外光的红外吸收材料。例如，红外提取器402可以包括侧边209的黑化(例如，黑色颜料，例如碳和/或铜铬黑)，以吸收入射到侧边209上的至少一些受限红外光。
67.在其他示例中，红外提取器402可以被配置成抑制受限红外光的全内反射(tir)。例如，红外提取器402可以包括设置在侧边209上的低折射率介质，以提供低折射率介质和光学透明层110a之间的光学界面，其中附加的高折射率介质然后被放置在距该光学界面(例如，侧边209)几个波长的距离内，使得受限红外光的能量通过被称为受抑tir(ftir)的过程穿过低折射率介质进入高折射率介质。
68.图4b示出了包括顶部404的红外提取器402的可选配置。也就是说，图4b的红外提
取器402被示为包括被设置在光学透明层110a的表面113的一部分405上的顶部404。在一些示例中，顶部404被配置成与红外提取器402的其余部分相同，以吸收和/或抑制受限红外光。在一些方面，表面113的该部分405对应于hmd的支撑结构的隐藏部分，例如图1的框架102的边框。
69.在本公开的各种示例中，可以提供仅包括限制层(例如，图3的光学元件300的限制层302)的用于hmd的光学元件。如上面所提到的，限制层302可以被配置成引起在光学透明层110a内传播的受限红外光的波导传输。引起受限红外光的波导传输本身可以减少由于光学透明层110a的表面113上存在的瑕疵而可能出现的杂散红外光和/或散射红外光的情况。在其他示例中，可以提供仅包括红外提取器的用于hmd的光学元件，例如图4a和图4b的光学元件400a和400b的红外提取器402。如上面所讨论的，红外提取器402可以被配置成吸收和/或抑制在光学透明层110a内传播的受限红外光。受限红外光的吸收和/或抑制本身可以减少从光学透明层110a逃逸出杂散红外光和/或散射红外光的情况。然而，在又一示例中，可以提供利用限制层和红外提取器两者的光学元件。例如，图5示出了根据本公开各方面的包括限制层302和红外提取器402两者的光学元件500的侧视图。光学元件500是图1的光学元件106a和/或106b的一种可能实现。当一起使用时，限制层302可以引起受限红外光(例如，受限红外光202)朝向光学透明层110a的侧边209上的红外提取器402的波导传输，然后红外提取器402在侧边209上吸收和/或抑制受限红外光。
70.如上面所提到的，在一些示例中，限制层，例如图3的限制层302，可以是施加到光学透明层110a的表面113的低折射率硬涂层材料。然而，在其他示例中，限制层可以由包括低折射率材料和单独的硬涂层材料的几个层组成。举例来说，图6示出了根据本公开各方面的光学元件600的侧视图，该光学元件600包括具有低折射率涂层604和硬涂层材料606的限制层602。光学元件600是图1的光学元件106a和/或106b的一种可能的实现，并且示出了图3的限制层302的一种可能的示例。如图6所示，低折射率涂层604设置在光学透明层110a的表面113上，硬涂层材料606设置在低折射率涂层604上。在一些示例中，硬涂层材料606在光学元件600的向眼侧(例如，向眼侧109)上提供最外表面303。低折射率涂层604的折射率可以小于光学透明层110a的折射率，并且硬涂层材料606的硬度可以大于低折射率涂层604和/或光学透明层110a的硬度。
71.图7示出了根据本公开各方面的包括限制层302和中间限制层702的光学元件700的侧视图。光学元件700是图1的光学元件106a和/或106b的一种可能实现。如图7所示，中间限制层702设置在照明层112a和光学组合器118a之间。中间限制层702可以被配置成进一步引起在光学元件700内传播的受限红外光的波导传输。在一些示例中，中间限制层702的折射率小于照明层112a的折射率(例如，小于透明基板304的折射率)。在操作中，中间限制层702可以防止受限红外光入射到光学组合器118a上。在一些示例中，中间限制层702引起受限红外光朝向光学元件700的侧边的波导传输，使得受限红外光在侧边处而不是在表面113处逃逸出光学元件700。在一些情况下，在侧边处逃逸的受限红外光减少了可能入射到眼睛跟踪系统的相机(例如，相机108a和/或相机108b)上的杂散红外光的出现。当与红外提取器(例如，图4a的红外提取器402)结合使用时，中间限制层702可以引起受限红外光朝向红外提取器的波导传输，该红外提取器用于吸收和/或抑制。
72.在一些示例中，本文描述的光学透明层可以没有光焦度(optical power)。也就是
说，在一些实现中，光学透明层可以是非处方透镜。但是，在其他示例中，光学透明层具有用于将光(例如，显示光和/或场景光)聚焦到用户眼睛的曲率。举例来说，图8示出了根据本公开各方面的光学元件800的侧视图，该光学元件800包括符合相应光学透明层810的曲率的限制层802。光学元件800是图1的光学元件106a和/或106b的一种可能实现。因此，光学透明层810可以被称为处方透镜，其中光学透明层810包括对应于用户规格的曲率。如图8所示，限制层802符合光学透明层810的曲率。在一些方面，限制层802是符合曲率的单层低折射率硬涂层材料。在其他方面，限制层802包括低折射率涂层(例如，图6的低折射率涂层604)和硬涂层材料(例如，图6的硬涂层材料606)，二者都符合光学透明层810的曲率。
73.在一些示例中，本文描述的光学透明层可以是固定到照明层112a的单独的透明介质(例如，玻璃、塑料等)。例如，图3示出了固定到照明层112a的封装层306的光学透明层110a。然而，在其他示例中，如本文所提供的，光学透明层可以与封装层306集成。也就是说，光学透明层也可以被配置用作封装层，用于向场内光源116a提供支撑和/或保护，从而消除了对单独的封装层的需要。
74.举例来说，图9a示出了根据本公开各方面的光学元件900a的侧视图，该光学元件900a包括光学透明层902a，该光学透明层902a被设置成封装照明层112a的场内光源116a(例如，垂直腔表面发射激光(vcsel)二极管)。光学元件900a是图1的光学元件106a和/或106b的一种可能实现。如图9a所示，光学透明层902a设置在透明基板304上，并且可以被配置成封装场内光源116a。
75.图9b示出了根据本公开各方面的光学元件900b的侧视图，该光学元件900b包括光学透明层902b，该光学透明层902b具有曲率并且被设置成封装照明层112a的场内光源116a。光学元件900b是图1的光学元件106a和/或106b的一种可能实现。类似于上面参考图9a讨论的示例，光学透明层902b设置在透明基板304上，并且可以被配置成封装场内光源116a。然而，如图所示，光学透明层902b具有用于将光聚焦到hmd用户的眼睛的曲率。因此，光学透明层902b可以被称为处方透镜，其中光学透明层902b的曲率对应于用户的规格。在一些示例中，光学透明层902b通过使用浇铸或压缩成型以透明基板304(包括场内光源116a)用作插入件的方式包覆成型处方透镜来形成。
76.图10a示出了根据本公开各方面的光学元件1000a的侧视图，该光学元件1000a包括限制层302、红外提取器402和中间限制层702。光学元件1000a是图1的光学元件106a和/或106b的一种可能实现。
77.图10b示出了根据本公开各方面的光学元件1000b的侧视图，该光学元件1000b包括符合相应光学透明层902b的曲率的限制层302，以及红外提取器402和中间限制层702。光学元件1000b是图1的光学元件106a和/或106b的一种可能实现。
78.上面参考图1-图10b描述的一个或更多个组件的功能可以以与本文的教导一致的各种方式实现。在一些设计中，这些组件的功能可以实现为一个或更多个分立的光学组件。此外，由图1-图10b表示的组件和功能，以及本文描述的其他组件和功能，可以使用任何合适的装置来实现。也可以至少部分地使用如本文所教导的相应结构来实现这样的装置。例如，用于向光学元件的向眼侧发射红外光的装置至少在一些方面可以对应于例如图1-图10b的照明层112a。此外，用于接收反射红外光(即，被hmd用户的眼睛反射)和用于将反射红外光导向红外相机的装置至少在一些方面可以对应于例如图1-图10b的光学组合器118a。
甚至更进一步，用于将红外光传递到用户眼睛的装置至少在一些方面可以对应于例如图1-图7的光学透明层110a、图8的光学透明层810、图9a的光学透明层902a、图9b的光学透明层902b、图10a的光学透明层110a和/或图10b的光学透明层902b。用于引起在光学透明层内传播的受限红外光的波导传输的装置可以至少在一些方面对应于例如图3、图5、图7、图9a、图9b和图10a的限制层302、图6和图10b的限制层602和/或图8的限制层802。类似地，用于吸收或抑制在光学透明层内传播的受限红外光的装置至少在一些方面可以对应于例如图4a、图4b、图5、图10a和图10b的红外提取器402。
79.因此，在一些方面，一个或更多个这样的装置可以使用一个或更多个光学组件、层、介质或本文教导的其他合适的结构来实现。
80.本发明的实施例可以包括人工现实系统或者结合人工现实系统来实现。人工现实是一种在呈现给用户之前已经以某种方式进行了调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(vr)、增强现实(ar)、混合现实(mixed reality，mr)、混杂现实(hybrid reality)或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与所捕获的(例如，真实世界)内容组合地生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或它们的某种组合，并且它们中的任何一个都可以在单个通道或多个通道(例如，向观看者产生三维效果的立体视频)中呈现。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联，这些应用、产品、附件、服务或其某种组合用于例如在人工现实中创建内容和/或在人工现实中以其他方式被使用(例如，在人工现实中执行活动)。提供人工现实内容的人工现实系统可以在各种平台上实现，这些平台包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(hmd)、独立的hmd、移动设备或计算系统、或者能够向一个或更多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台。
81.包括摘要中描述的内容在内的本发明的所示实施例的上述描述并不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。虽然本文出于说明的目的描述了本发明的具体实施例和示例，但是相关领域的技术人员将会认识到，在本发明的范围内各种修改是可能的。
82.根据以上详细描述，可以对本发明进行这些修改。在所附权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中公开的具体实施例。更确切地，本发明的范围完全由所附权利要求来确定，这些权利要求将根据权利要求解释的既定原则来解释。